量子原理應用於生命系統的稀有領域 其研究歷史淵源已久
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1944年，量子物理學家歐文·施羅丁格（Erwin Schroedinger）寫了一本名為「生命是什麼：生命細胞的物理方面」的短篇小說 ，探討量子力學這個相對較新的領域如何在生物過程中發揮作用。它被許多人認為是最早進入「量子生物學」的人之一，這是一個試圖將量子原理應用於生命系統的稀有領域。但根據英國皇家學會會議論文集最近發表的一篇論文，這個領域實際上可以追溯到20世紀20年代最早的量子力學時代。
「量子生物學被認為是一種非常新的科學學科，當它真正開始於第二次世界大戰之前，」 共同作者約翰·麥克法登說，他是薩里大學的微生物學家，也是其量子生物學中心的聯合主任。與他的薩里同事和合著者Jim Al-Khalili。「當時，一些量子物理學家試圖了解生命本身的特殊之處，以及量子力學是否可能對此事有所了解。」
坦率地說，量子生物學在過去十年左右的時間裡一直缺乏可信度，當時有許多有趣的研究表明這個想法可能會有所不同。例如，越來越多的證據表明光合作用依賴於量子效應來幫助植物將陽光轉化為燃料。候鳥可能有一個內部的「量子羅盤」，可以幫助他們感知地球的磁場作為導航方式。量子效應可能在人類的嗅覺中發揮作用，幫助我們區分不同的氣味。
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更具爭議的是，數學物理學家羅傑彭羅斯在1989年提出，稱為「微管」的神秘蛋白可能會利用量子效應並保留人類意識的秘密。很少有研究人員認為這確實是事實，但加州大學聖巴巴拉分校的物理學家馬修·費舍爾最近提出，磷原子的核自旋可能在大腦中起到簡單的「量子比特」的作用。換句話說，意識就像量子計算機一樣。
這就是為什麼麥克法登和Al-Kalili寫了暢銷的科普書籍，生活在邊緣：量子生物學時代的到來，探索的歷史淵源最終形成了這篇最新論文的基礎。我們已經忘記了甚至在施羅丁格問這些深刻的問題之前就有這些，我們現在才能更仔細地測試。
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到1927年，物理學家已經為量子力學的新理論奠定了數學框架。作者寫道：「他們在探索原子世界方面取得了成功，並且隨著年輕人的傲慢自大，許多量子開拓者從他們的物理實驗室中走出來，尋求新的科學領域來征服。」 由於微生物學和相關的，剛剛起步的遺傳學領域仍然未被探索，因此物理學家自然而然地被吸引到了那裡。
1932年，劍橋甚至還有一個理論生物學俱樂部; 其成員包括物理學家，哲學家（如卡爾波普爾）和生物學家。「他們都認為生活中有一些特別的東西，。他們認為可能尚未發現的物理和化學原理可能有助於區分化學和生物學之間的轉變。 當然，這對他們中的許多人來說更是一種愛好，Al-Khalili承認他們並沒有取得多大進展。但那些早期的討論肯定對施羅丁格有很大影響。
Niels Bohr並不完全相信物理和化學原理足以解釋生命系統，但他在1929年斯堪的納維亞自然科學家會議上所作的講座簡要提到了這種可能性。受鼓舞進一步鑽研的人中有一位名叫帕斯誇爾喬丹的德國物理學家，他是開創了量子力學數學基礎的開創性論文的三位作者之一。他在20世紀30年代後期使用了「 quantumbiologie 」 這個術語並發表了 物理學和有機生命的秘密，他探討了原子和量子物理是否對生命至關重要的問題 。
不幸的是，約旦是納粹黨的虔誠成員，儘管他對像愛因斯坦這樣的猶太科學家的辯護意味著他被政權視為「政治上不可靠」。他試圖將他的量子生物學理論與納粹哲學聯繫起來，甚至聲稱單一的獨裁領導者（元首）是生活的核心原則 ，在他的科學家們的眼中詆毀這些理論。
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如果是其他物理學家，也許人們會更多地關注量子生物學並繼續思考其中的一些問題。但由於他的背景，它被認為是一個令人反感的研究領域。因此對於施羅丁格來說，依然保持對量子生物學的執著。他的一本筆記本中有一張圖像，他在那裡畫了染色體圖，試圖了解它們如何存儲信息，他想知道是什麼讓生活處於這種高度有序的狀態。」 在「生命是什麼」中，施羅丁格認為，與無生命物質不同，生物物質可以受到單量子事件的影響。畢竟，將某些材料冷卻至接近絕對零度並且它們表現出超導性等量子效應，其中電阻消失。根據Schroedinger的說法，生物物質也可能在室溫下表現出這種效應，也許是因為它的排序非常高。
具體來說，他思考果蠅是如何設法從無序中產生秩序，通過「不斷地從環境中吸收有序性」來減少熵（似乎違反熱力學第二定律）。根據物理學，熵在封閉系統中總是增加，但生物不是孤立的系統。果蠅可能從無序中提取順序，但其環境中的熵相應增加。Schroedinger還提出「非周期晶體」可能包含遺傳信息，並且突變通過「量子躍遷」發生。
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什麼是生命在當時具有巨大的影響力; Francis Crick和James Watson聲稱它有助於激發他們思考DNA的雙螺旋結構，以及Rosalind Franklin的X射線衍射實驗。但量子生物學作為一個可信的研究領域之後就失寵了。在接下來的幾十年中，物理學家普遍認為，生命系統過於嘈雜，量子效應太脆弱，無法在像活細胞這樣的複雜環境中持續存在。
糾纏是量子效應的關鍵：連接兩個或多個對象，使得它們只能相互參照描述，即使分開很遠。阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）將其稱為「遠距離的幽靈行動」。但是，與周圍環境的最微小的相互作用（例如與單個光子相撞）將破壞這種糾纏。
通常我們認為環境越複雜，就像熱物體會在寒冷的環境中冷卻，如果沒有，我們現在就已經建造了一台量子計算機。那麼你如何保持這些微妙的量子效應足夠長的時間才能使它們變得有用呢？
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目前的想法認為，可能存在一些生命系統，其中量子過程可以在退相干開始之前發揮作用。這是因為這樣的系統依賴於微小尺度（僅幾納米）的少量分子的動力學，使它們保持足夠的隔離。事實上，我們認為最近量子信息理論的研究表明雜訊實際上可能支持某些系統中的量子相干性。也許，經過數十億年的進化，大自然已經學會了保持量子相干性以利用這些效果的技巧，而我們還不知道如何運作。
這些概念Al-Khalili本人在他的量子生物學中心的研究中才開始認真探索。量子生物學是探討量子力學基礎，它在生物系統內部的事實幾乎是偶然的，他說「當我第一次開始考慮量子生物學時，它實際上只是一種愛好。我真的不相信它。我不能說我現在甚至百分百相信它，但我認為這是一個有趣的問題，我們必須做一些深入研究。「
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